Глава 4. Прогнозирование последствий при прорывах (разрушениях) плотин гидроузлов
Масштабы последствий гидродинамических аварий зависят от параметров и технического состояния гидроузла, характера и размеров разрушенной плотины (ширины прорана), объема запасов воды в водохранилище, характеристик волны прорыва и катастрофического затопления, рельефа местности, времени года и суток (подробно см [10].
Основными поражающими факторами катастрофического затопления являются разрушительная волна прорыва, водяной поток и спокойные воды, которые затопили сушу и объекты экономики, жилищно-коммунального и сельского хозяйства и др.
Участки зоны чрезвычайно опасного затопления характеризуются возможными полными и сильными разрушениями наземных зданий и сооружений на большей его части при условии:
глубина потока hn ≥4 м, (4.1)
скорость потока Vn ≥2,2 м/с.
Учатки зоны опасного затопления характеризуются возможными средними и слабыми разрушениями наземных зданий и сооружений на большей его части при условии:
глубина потока hn =(1- 3) м, (4.2)
скорость потока Vn =(1-1,5) м/с.
Зоны возможного катастрофического затопления определяются заблаго-временно на стадии проектирования гидроузла. Эти зоны и характеристики волны прорыва отображаются на картах и в специальных атласах, которые составляются для гидроузлов и больших плотин. Держателями этих документов являются штабы Гражданской защиты, министерства, ведомства и их службы на местах, которые возводят и эксплуатируют гидротехнические сооружения.
Время, в течение которого затопленные территории могут находиться под водой, колеблется от 4 часов до нескольких суток.
Ниже предлагается последовательность прогнозирования масштабов затопления при прорывах плотин.
Исходными данными являются:
объём водохранилища, W, м3;
глубина водохранилища перед плотиной, Н, м;
ширина прорана (разрушенного участка), В, м; если гидроузел имеет земляную плотину, расчет необходимо вести на полное её разрушение, потому что прорыв воды через небольшой пролом приведет к быстрому размыву плотины.
расстояние от объекта до плотины, R, км;
отметка уровня воды в реке в районе объекта или в расчетном створе до подхода волны прорыва;
время года и суток.
1. Определяется время опорожнения водохранилища по формуле:
,
час, (4.3)
где
-
удельный расход воды на 1 м ширины
прорана, м3/с.
2. Определяется глубина водяного потока (высота волны затопления) hп в заданном створе на расстоянии R от гидроузла (по таблице 4.1) в зависимости от глубины водохранилища перед плотиной, Н.
3. Определяется высота гребня волны Hв у разрушенного гидроузла (плотины) по формуле:
,
м (4.4)
В нижних створах в зонах чрезвычайно опасного и опасного затопления на расстояниях до 20 км от плотины высота гребня волны попуска уменьшается и может быть определена из выражения:
,
м, (4.5)
где: hп – глубина потока (затопления) на заданном расстоянии, определяется по табл. 4.1.
Таблица 4.1